日照钢铁有限公司棒材厂盘螺生产线, 设计年产量50万吨, 现已具备75万吨的生产能力, 主要产品是HRB400热轧带肋钢筋盘条。2007年该厂在不加微合金元素的情况下, 利用20Mn Si坯料开发生产出了符合标准G B 1 4 9 9—1 9 9 8要求的细晶粒HRB400热轧带肋钢筋, 而且质量稳定, 取得了很好的经济效益。
2008年7~9月, 出现个别批次屈服强度低于国标、性能波动大等问题。在对同一批次产品进行力学性能检验时发现同一批次力学性能存在较大差异, 线卷同圈性能差别大, 搭结点与非搭接点屈服强度差别最高达到90Mpa。通过对精轧机前预水冷水箱进行改造及对风冷辊道进行变频调速改造, 成功地解决了以上问题。所生产的盘卷螺纹钢晶粒度等级达到10~12级, 抗拉强度和屈服强度平均值分别达到590MPa和420MPa以上, 延伸率平均值在26%以上, 线卷同圈性能均匀性也得到提高, 屈服强度差别基本控制在15MPa以内。
1 轧制工艺
日钢棒材厂盘螺生产线, 共有28架轧机连续轧制。其中粗、中轧采用平立交替短应力线轧机14架, 悬臂式预精轧机4架, 顶交45°精轧机10架。从12V到精轧机前各机架间设有活套。精轧机前后设有穿水冷却装置, 通过控制水压、水量、水箱数及每个水箱喷嘴数来控制精轧入口处轧件温度及吐丝温度, 实现全线无扭、控制轧制, 生产工艺流程如下:
加热→粗轧→1#剪切头→中轧→2#剪切头尾→预精轧→预水冷→3#剪切头→精轧机→水冷→吐丝→风冷→集卷→PF线→打捆入库。
2 屈服强度低于国标的原因分析及改进措施
细化晶粒是提高钢材质量的一个有效手段。超细晶粒钢通过细化晶粒, 既能提高强度, 又能改善塑性与韧性。根据“形变诱导铁素体相变” (DIFT) 理论, 实现超细晶粒钢的3个要素是:大过冷度、大应变量、轧制温度略高于Ar3[1]。在钢的热轧工艺中, 一般要经过奥氏体再结晶区轧制和未再结晶区轧制两个阶段, 钢材的最终组织性能不仅取决于其化学成分, 还与变形温度、变形程度、变形速率、轧后冷却强度等因素有关, 因而必须对轧制、轧后冷却进行系统优化。
(1) 在线材轧机上生产超细晶粒螺纹钢盘条, 实现形变诱导铁素体相变, 细化铁素体晶粒关键就是要利用积累压下量大和变形速率高的特点, 把线材轧制温度控制在奥氏体未再结晶温度范围内, 充分利用位错强化和细晶强化的不断积累。 (2) 由于7~9月份正是夏季高温季节, 粗中轧和精轧后用水量加大导致预水冷段水压不稳定, 压力仅为0.4MPa~0.6MPa, 水流量下降。流量小时底部冷却速度快、上部冷却速度慢, 入精轧机时形成阴阳面, 温差最大达到100℃, 轧件入精轧机温度整体偏高。根据现场流量表、测温仪可以检测出流量对冷却速度的影响:当生产φ10mm螺纹盘条时, 预精轧出口轧件断面为φ19.3mm, 速度为13.1m/s时, 轧件冷却时间为0.46s。当轧件初始温度为1000℃~1050℃, 冷却水流量为80m3/h~130m3/h, 冷却后轧件表面温降为40℃~140℃, 冷却速度为87℃/s~304℃/s。 (3) 夏季高温季节水温在32℃~38℃, 秋冬季节水温在25℃~30℃水温对轧件降温的影响见表1。
从表1中可以看出, 当水量为130m3/h时, 水温由25℃升高到32℃, 轧件温降则由140℃减少到120℃, 即冷却能力降低了约16%。达到140℃的降温值, 夏季要比秋冬季节增加水量17%。
3 同一批次力学性能不稳定, 线卷同圈性能差别大的原因分析及改进措施
在对同一卷盘条上不同部位取样进行力学性能检验时, 发现有些同一卷盘条的力学性能差别也较大, 即螺纹钢盘条的通
表1水温变化对轧件温降的影响条性能不稳定, 屈服强度最高与最低值相差约30~90MPa。在金相组织分析中发现, 屈服强度高低与样品中的贝氏体含量有关。据文献报导[2], 当贝氏体含量超过15%时, 很容易出现无屈服现象。 (1) 细晶HRB400热轧带肋钢筋盘条的组织主要为铁素体+珠光体。造成含有不同比例的贝氏体的主要原因是轧后在风冷辊道上冷却速度不同。 (2) 该厂风冷辊道总长度92m, 分为四个跌落段, 共22台电机。原控制工艺是每个跌落段一种速度, 即一段辊道由一台变频器控制。
4 检验结果
采用以上工艺生产的20Mn Si HRB400热轧带肋钢筋的金相组织为铁素体和珠光体, 晶粒度达到10~12级。化学成分和机械性能见表2。
5 结语
(1) 在线材轧机上生产超细晶粒盘条螺纹钢, 必须利用变形速率高、积累变形率大和能够多段控冷的特点。不必追求过低的轧制温度, 关键要控制好预水冷效果, 能够实现在奥氏体未再结晶区轧制即可。 (2) 日照钢铁公司根据其工艺装备现状, 以20Mn Si钢为研究对象, 通过对预水冷箱及风冷辊道的改造, 和优化控轧控冷工艺, 成功地解决了夏季生产的超细晶粒盘条带肋钢筋强度偏低、通条性能不稳定及同批盘条性能不稳定等质量问题。在不加微量合金元素条件下, 成功地生产出HRB400热轧带肋钢筋盘条, 从而显著提高经济效益。
摘要：分析了日照钢铁股份有限公司采用国产高速线材轧机生产HRB400热轧带肋钢筋遇到的强度偏低、力学性能不稳定、通条性能偏差大等质量问题的原因, 通过技术改进成功地解决了这些问题。
关键词：HRB400热轧带肋钢筋,力学性能,技术,改进
参考文献
[1] 翁宇庆.超细晶粒钢—钢的组织细化理论与控制技术[M].北京:冶金工业出版社, 2003, 10.
[2] 赵宇, 陈伟, 杜顺林, 等.昆钢Nb微合金化HRB400热轧带肋钢筋的开发[J].轧钢, 2005, 22 (1) :19～221.
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